“最硬核毕业证!仅4个月五位本科生造芯毕业”

芯片的设计就像画大楼的施工图一样。 只是，出示这个图纸的不是线，而是使用了叫做chisel的硬件语言。

中国科学院大学(以下简称国科大) &lsquo； 一生一芯计划？ 在一个问答网站上，这个问题得到了成千上万的关注。

5名本科学生主导了64位risc-v解决方案soc芯片的设计和流程图的实现。 这个芯片被称为他们最硬核的毕业证。

有关芯片的信息总是牵动着国民的心。 主角要是成为几个有核心的毕业20出头的年轻人，会更加引起好奇心。 网上的声音多种多样，有鼓掌的，有衰退的，也有将其与中国芯片产业联系起来，洋洋洒洒长文拆解的。

现在，五个学生开始了新的工作。 他们在深圳，参与新的高性能芯片的设计。

8月中旬，他们又增加了新身份二期一生一芯计划的副教授。

一生一芯:本科生做芯片不是天方夜谭

芯片于今年5月底送到了王华强家。

一日元硬币那么大，一生刻着coosca-01和一芯文字。 另外，还有国科大的标志。

coosca是内部代码，是国科大计算机科学与技术学院三门课的计算机组成原理、操作系统和计算机结构的缩写。 一生一芯是计划的名字，意味着每个本科生都要拿着自己设计的解决方案芯片毕业。

受新冠肺炎疫情影响，今年国科大本科毕业答辩在线举行。 王强一生代表一芯队，向答辩委员会老师远程展示芯片。 他把芯片安装在测试板上，用串扰连接测试板和电脑，打开电脑上的终端软件，按下测试板上的复位按钮，运行几个简单的程序linux系统就跑了起来。

但是，去年夏天，一生一心计划参加者张紫飞第一次听到这个计划时的第一反应应该是天方夜谭吧。 有可能让一些本科生花几个月的时间设计出能够运行像linux这样多种复杂操作系统的芯片吗？

一生一芯计划负责人、国科大计算机学院教授、中科院计算先进计算机系统研究中心主任包云岗认为，在开源时代降低芯片设计门槛是有可能的。

包云岗对2008年至2008年计算机体系结构国际顶级会议论文的第一作者进行了拆解，仅4%来自中国的大学和科研院所。 中国的解决方案芯片设计界缺人。

开放式指令集risc-v和芯片敏捷开发语言chisel可以大幅度提高开发效率。 risc-v是包云岗近年来的研究重点。 该指令集可以自由用于任何目的，任何人都可以设计、制造和销售risc-v芯片和软件。

到了2010年，包云岗隐约意识到risc-v有助于人才培养。 2019年5月，华为被美国商务部列入实体名单，人才危机局必须尽快找到出路。 包云岗迅速细化了他模糊的想法:让学生学习和实践芯片敏捷设计的做法，参与芯片设计的实现，通过大学的流片计划完成芯片制造。

如果学生拿着自己设计的芯片毕业，这将是最特别的毕业纪念。

2019年8月，一生一芯计划正式启动。 云岗将其称为教育实践。 国科大的导师认为，将揭开本科教育改革的新篇章。

参加的五名学生分别是金越、王华强、王凯帆、张林隈、张紫飞，他们都是国科大计算机科学与技术学院级的本科生，那时也通过了中科院计算技术研究所的保研夏令营，成为了第一个吃螃蟹的人。

在王华强看来，如果能用自己制作的芯片运行自己写的操作系统就很浪漫了。

计算机体系结构是一个古老但充满活力的行业。 我们现在用的很多东西都是多年前的成果。 随着科学技术的飞速发展和国内外形势的一些变化，个人认为，体系结构应该还有广阔的探索空之间。 王华强喜欢表演实际技能。 即使制作的只是玩具，但自己亲手打磨的东西，还是不一样的。

在热闹的计算机领域，这些优先体系结构的学生们希望找到什么样的更坚固的东西，一边抽出来，一边多次下来。

/ S2/]踩孔、挖孔，然后从孔中出来

其实，在学生们面前的，是谁也没走过的路。

难度如何、需要时间、需要多长时间，可能有什么漏洞&hellip； &hellip； 都是未知数。 没有导航。 他们需要自己进行奇怪的升级，自己反复试验。

当然，他们也不是在白纸上画画。

教师队伍已经制定了总体方案，明确了技术路线，选择了基础平台，构建了开发环境，还选定了流片技术和总线。 5名学生正式着手前，一支有实力的教师队伍为学生的随波逐流，做好了保护和护送驾驶的准备。

做芯片其实分为前端和后端。 前端首先进行设计，用数字电路的方法实现解决器的功能； 后端通过物理组件实现这些设计。

要说芯片都是我们做的吗，就是不准确。 其实我们只是做了前端的逻辑设计部分。 王凯帆强调了。

他试图用最通俗的语言向科技日报记者说明设计芯片如何像绘制大楼的施工图。 只是，出示这个图纸的不是线，而是使用了叫做chisel的硬件语言。

此前，包云岗团队博士生余子濠为南京大学开发了教育用risc-v解决器。 一生都在计划中的学生必须在此基础上进行改善，把师兄建造的房子改建成更舒适明亮的房间。

包云岗表示，在实际的产品开发和科研工作中，也往往不是从头开始，而是越来越多地在现有的基础上，增加新功能，提高性能。 这是学生&lsquo； 理解消化创新的能力。

大家使用了现在流行的敏捷开发模式。 每人负责一个或几个模块，齐头并进，用多条线推进，齐头并进。

一生一芯计划的目标很明确:在芯片上运行linux系统，支持基本的输入输出设备。

先处理是否正确的问题，再来看看快不快吧。

对初学者的施工设计团队来说，他们建造的第一栋房子，必须保证站稳。 如果哪堵墙放错了地方，或者墙本身的设计耐力不够，整个建筑物就会倒塌。 王凯帆说。

从2019年8月正式着手设计，到12月中旬交付设计图纸为止，5人小组曾踩过坑、给其他人挖坑、挣扎过洞； 他们必须对抗熬夜、犯不知道隐藏在哪里的错误等可能延缓队友进度的焦虑。

小组成员金越负责片上系统。 除了中央解决方案外，系统内还有5个控制器，实现了具体的功能。 就像大脑需要控制四肢来活动人体一样。 金越说。

这些控制器的代码由开源社区提供，但是团队不知道这些控制器是否适合他们设计的这个芯片。 金越需要制作驱动软件，测试周边控制器是否正确设置和正常工作。

出了问题就麻烦了。 是我的软件错了，还是外围设备控制器本身有问题？ 如果外围设备控制器有问题，到底是哪一个有问题？ 变数太多，排队组合，测试太多，头疼。

验证的几天里，几乎没有睡过觉。 金越半夜对着电脑，查手册，查代码，查波形，我绝对想把这个东西弄出来。

教官队伍可以为迷茫的学生指出大致的方向，但这个方向会击中什么，是上山还是过河，还是要学生自己尝试。

寻找问题出在哪里，是大部分计划参与者都会提到的痛苦经历。 王强说，这就是按葫芦起葫芦的过程。

作为队里唯一的女将，张林隈负责的部分是预取。 我想去图书馆，找到书。 在你最近的书架上，能放的书最少； 而且里面的书架上放着很多书，走着去很花时间。 预取就像一个知道你喜好的图书管理员，他把你认为有的书放在离你最近的书架上，节省你的搜索时间。

在实现这一功能时，我认为预取应该放在l1 cache (一级缓存)内。 一级缓存相当于离你很近但容量很小的书架。 但奇怪的是，添加预取反而影响了芯片的性能，减慢了芯片的新闻解决速度。

她花了一个月找问题，逐一排查、编辑、调试。 随后，张林隽被提醒预取机可能放错了位置。 呃，崩溃了，前面写的没用了，又得重新开始。 将预取移动到l2高速缓存后，困扰她一个月的问题终于解决了。

实际动手之前，谁也没想到问题在等着他们。

学生们总结时写道，上课作业就像直接摘的果园，但一生一芯计划要给荒地和几棵苗，从开垦栽培到施肥都要自己做，也不知道能不能结出果实。 不知道为什么，从0开始种的果实似乎更甜。 他们说。

我只知道从山底到半山腰的路怎么走[/s2/]

2019年12月，该芯片设计布局正式提交，基于中芯国际110纳米工艺完成切片。

对五个学生来说，他们的工作也暂时告一段落。 下一个重心是完成基于芯片的毕业设计。

在正式流式传输之前，团队在模拟机上重复了多次测试。 但是，如果还没有人能打包票，芯片一定能实现预期的功能。

在平时的课程和比赛中，学生也需要从零开始完成一次芯片的设计。 但是，在课程实践中，不需要太完全的测试，只要设计的芯片能够通过老师给的几个测试点，也可以成功。 在一生一芯计划中，没有这些预先设计的测试点。 必须全面考虑，细心。

虽然测试了这么多次，但并不是说这个系统一定没有错误(缺陷)。 有什么角落没有测试，总是有意想不到的问题。 张紫飞说。 毕竟，在迄今为止4个月的开发中，他们已经看到了各种不同寻常的情况。

确实，压力更大。

迄今为止的芯片设计就像是纸上谈兵，成功固然好，但失败似乎也没关系。 但是，这次，投入真正的白银去洗碗池，能否使用，能否通过几个月的努力打水，只要成为洗碗池，马上就会明白。

这是第一期的一生一心计划，大家都希望有个好的开始。 等待的日子里，他们兴奋不已。

年4月23日，学生们从微信集团获悉，他们设计的解决方案芯片回来了。

但这不是终点，需要测试验证。

从底层pcb的布局、内存粒子到中间解决方案的设计、再到高级操作系统、应用软件，各个层面都可能出现问题。 即使是小问题，芯片也会无法正常工作。 包云岗说。

这个测试的经验，同样是一波三折，也有点戏剧性。

芯片回来后，小组老师们着手进行了一些测试，结果芯片真的是瓷砖，没有任何输出。 匆忙过后，他们注意到主板的一根电源线接错了，芯片出了故障先死了，然后烧掉了。

之后，由于串行时钟频率设置的问题，芯片性能总是不正常。 辛苦了一会儿，芯片调整到了最佳状态。

6月2日，在毕业答辩现场，王华强展示了芯片的工作流程。 之后，王凯帆完成了一件浪漫的事，就是在国立科学大学的操作系统课程中将学生们自己写的ucas-core移植到coosca核心，用自己写的cpu运行自己写的操作系统。

其实，除了王华强，其他四位同学暑假去深圳参加了新项目，然后看到了自己设计的芯片。 张紫飞说:“第一次看到的时候，我觉得这个芯片比我们想象的要小。 好像还有点简陋。 大家都笑了，他马上补充了一下，妈妈应该不嫌弃丑吧。

由于国科大学生将自己的母校简称为果壳，果壳( nutshell )也成为一生一芯计划中第一个芯片的正式名称。 9月3日，王华强代表团队向世界同行介绍水果壳设计，这也是水果壳首次亮相国际舞台。

虽然国科大学生的硬核毕业证曾一度在网上成为热门话题，但作为大神膜拜的几位学生，并不打算让这个项目过高。

我们现在刚去学校的时候&lsquo； 一辈子就像一芯芯片一样。 毕竟这些企业积累了几十年的经验，我们现在只学了皮毛，完全没法比。 张林隈说实话。 金越则举例说，现在我们只知道从山底到山腰的路有多难走，而不知道从山腰到山顶的路有多难走。

正因为爬山、爬坡，学生们才知道自己是新兵，缺乏经验和能力，也需要淬火。

他们的平均年龄只有21.8岁。 包云岗说，他们到了30岁，就已经可以说是解决方案芯片和计算机系统设计行业的退伍军人了。 无论他们进入行业还是学术界，创造力都会得到更大的发挥和展现。 我期待着这些年轻人的未来。

一生都瞄准的也正是未来。

国科大计算机科学与技术学院院长、中国科学院计算技术研究所所长孙凝晖表示，该计划吸引了越来越多的高校从设计解决方案芯片中制作流片，形成了运行操作系统的实践课程，培养了我国的解决方案芯片设计人才

据包云岗介绍，参与一生一芯计划二期的学生增加到13名，除国科大外，还有来自浙江大学、南京大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学(深圳)和美国密歇根州立大学)五所大学的同学。

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